Fiche de physique - chimie
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La tension électrique dans un circuit

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Dans notre vie quotidienne, nous utilisons fréquemment le mot «tension», par exemple, lorsque nous changeons les piles d'un appareil électrique, nous faisons attention au nombre de volts indiqué sur la pile. Ainsi, nous avons pour habitude d'utiliser des piles de 1.5 volts, 4.5 volts, 9 volts. Nous recevons l'électricité de notre habitation par le réseau E.R.D.F et la tension que nous délivrent les prises électriques est de 220 volts. Cette électricité nous parvient de centrales électriques qui produisent des hautes tensions. Dans cette fiche, nous allons expliquer ce qu'est une tension et comment on peut la mesurer dans un circuit.

I. La tension électrique.

Sur les piles ou sur les générateurs utilisés au laboratoire, nous pouvons lire une indication exprimée en volt. Cette grandeur est appelée la tension et est en fait une différence de potentiel, dont l'abréviation est d.d.p, qui existe entre la borne positive et la borne négative d'un générateur.

Le rôle du générateur sera alors de délivrer cette tension aux bornes d'un dipôle par exemple. Ainsi pour que le courant électrique puisse passer dans un dipôle, il faut qu'il existe une tension électrique entre ses bornes.

La notion de tension est difficile à définir au niveau du collège alors on retiendra qu'il s'agit d'une grandeur électrique qui se mesure entre les deux bornes d'un dipôle et que celle - ci donne naissance au courant électrique qui parcourt ce dipôle.

Attention, la tension entre les bornes d'un générateur n'est jamais nulle. La tension aux bornes d'une lampe est nulle si le circuit électrique est ouvert c'est à dire que le courant électrique ne circule pas. Mais en circuit fermé, la tension est égale à celle du générateur. Dans nos habitations, la tension aux bornes d'un interrupteur ouvert est de 220 volts donc beaucoup plus que la tension de sécurité qui est égale à 24 volts.

Sur les appareils électroménagers, la tension qui est indiquée sur la plaque signalétique est la tension nominale c'est à dire la tension normale d'utilisation de l'appareil. Si on utilise l'appareil sur une tension supérieure à la tension nominale, on met l'appareil en surtension et on risque de le détériorer. Si on utilise l'appareil en sous-tension, celui-ci fonctionnera mais pas de façon optimale.
Pour illustrer ces différentes tensions, on a fait le tableau suivant : La tension inscrite sur une lampe est la tension nominale : c'est la tension d'alimentation de la lampe.

Tableau :
La tension électrique dans un circuit : image 1


La tension mesurée entre les bornes de chaque lampe est la même, elle peut être différente de la tension nominale.
Lorsque la tension entre les bornes de la lampe est supérieure à sa tension nominale, la lampe brille trop et risque d'être détruite. On dit qu'elle est en surtension.
Lorsque la tension entre les bornes de la lampe est inférieure à sa tension nominale, elle brille peu. On dit qu'elle est en sous-tension.

Conclusion :
Pour qu'une lampe brille normalement, elle doit être alimentée par une tension proche de sa tension nominale.

II. Invention de la première pile

En 1793, Alessandro Volta (1745 - 1827), physicien italien, inventa un dispositif où intervenaient des métaux différents, capables de produire des effets électriques suffisamment importants. Il superposait toujours dans le même ordre des rondelles faites de deux métaux différents (rondelle de cuivre et rondelle de zinc), séparées par des rondelles de feutre imbibées d'eau salée ou d'eau acidulée . Ainsi un élément de la pile de Volta délivre une tension voisine de 1 V. En raison de cet empilement, le "dispositif " de Volta reçut le nom de "pile" et on appela Volt (symbole V), l'unité de mesure de la tension électrique qui existait entre les deux bornes de la pile. En 1800, Volta présenta un modèle de sa pile à Bonaparte.

III. Mesure de la tension électrique.

La tension électrique se mesure à l'aide d'un multimètre en mode voltmètre. Cette grandeur se note U et s'exprime en volts de symbole V mais on utilise aussi des multiples du volt comme le kilovolt (1kV= 1 000 V) et des sous-multiples comme le millivolt (1mV = 0 .001 V).

Cet appareil possède des calibres que l'on peut sélectionner, chaque calibre correspond à la tension maximale qui pourra être mesurée. Donc, pour mesurer une tension inconnue, on se place toujours sur le calibre le plus élevé et on diminue selon ce qu'on observe comme résultat. Le voltmètre est un appareil électrique polarisé, dont le symbole normalisé est :
La tension électrique dans un circuit : image 2


Il s'insère en dérivation ou en parallèle dans un circuit électrique selon le schéma ci-dessous :
La tension électrique dans un circuit : image 3


IV. La tension dans les associations de dipôles.

On distingue deux cas selon si les dipôles sont associés en série ou en dérivation.
Si les dipôles sont montés les uns à la suite des autres c'est à dire qu'ils sont montés en série alors on constate que la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles. D'où la relation :
UGénérateur = U1 + U2 + U3 + ...


Si les dipôles sont associés en dérivation alors la tension aux bornes du générateur est égale à la tension aux bornes des autres dipôles d'où la relation :
UGénérateur = U1 = U2 = U3 =...


On dit qu'il y a unicité de la tension.

En application, si on ouvre une pile «carrée» de 4.5 V, on voit apparaître à l'intérieur trois petites piles de 1.5 V chacune qui sont associées en série ainsi leurs tensions s'additionnent pour donner la tension de la pile.
4.5 V = 1.5 + 1.5 + 1.5

UGénérateur = U1 + U2 + U3
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